Номер 1, страница 210, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 12. Строение и эволюция вселенной. Параграф 113. Рождение и эволюция Вселенной. Вопросы и задания - номер 1, страница 210.

Условие.

1. Как зародилась наша Вселенная согласно теории Большого взрыва?

Решение.

1. Согласно теории Большого взрыва, наша Вселенная возникла приблизительно 13,8 миллиарда лет назад из начального состояния с колоссальной плотностью и температурой, которое называют космологической сингулярностью. Вся дальнейшая история Вселенной — это процесс её расширения и остывания, который можно разделить на несколько ключевых этапов.

Начало: Планковская эпоха. В самый первый момент (до $10^{-43}$ секунд после начала) Вселенная была настолько горячей и плотной, что законы современной физики в ней не действуют. Предполагается, что все четыре фундаментальных взаимодействия (гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое) были объединены в одну суперсилу.

Инфляционное расширение. В период примерно с $10^{-36}$ по $10^{-32}$ секунды Вселенная пережила фазу сверхбыстрого, экспоненциального расширения, известную как инфляция. За это ничтожно малое время её размеры увеличились на много порядков. Модель инфляции объясняет, почему наблюдаемая нами часть Вселенной так однородна и имеет плоскую геометрию.

Рождение материи. После окончания инфляции энергия, двигавшая расширение, превратилась в горячую плазму из элементарных частиц: кварков, электронов, нейтрино и их античастиц. Происходила массовая аннигиляция вещества и антивещества, но из-за небольшой изначальной асимметрии (по неизвестным пока причинам вещества было чуть больше, чем антивещества) остался небольшой избыток вещества, из которого и состоит всё, что мы видим сегодня. По мере остывания Вселенной кварки объединились в протоны и нейтроны.

Первичный нуклеосинтез. Когда возраст Вселенной составлял от 3 до 20 минут, её температура упала до значений, при которых протоны и нейтроны смогли сливаться, образуя ядра первых лёгких химических элементов. За этот короткий период сформировались практически весь гелий и дейтерий, существующие во Вселенной, а также небольшое количество лития. Вселенная в это время представляла собой горячую, плотную и непрозрачную плазму из атомных ядер и свободных электронов.

Рекомбинация и реликтовое излучение. Примерно через 380 000 лет после Большого взрыва Вселенная остыла до температуры около 3000 Кельвинов. При такой температуре энергии свободных электронов стало недостаточно, чтобы сопротивляться притяжению атомных ядер. Электроны были захвачены ядрами, в результате чего образовались первые нейтральные атомы (в основном водорода и гелия). С этого момента Вселенная стала прозрачной для света, так как фотоны перестали постоянно рассеиваться на свободных электронах. Это первичное излучение, заполнившее Вселенную, мы наблюдаем и сегодня в виде остывшего микроволнового фона — реликтового излучения.

Тёмные века и рождение первых звёзд. После рекомбинации наступил период, известный как «Тёмные века». Во Вселенной не было источников света, кроме постепенно остывающего реликтового излучения. Однако под действием гравитации вещество (включая тёмную материю) начало собираться в сгустки. В самых плотных из них через сотни миллионов лет зажглись первые звёзды и начали формироваться первые галактики, положив конец Тёмным векам.

Ответ: Согласно теории Большого взрыва, Вселенная зародилась около 13,8 млрд лет назад из сверхплотного и сверхгорячего состояния (сингулярности). Затем она начала стремительно расширяться и остывать. В ходе этого процесса из энергии возникли элементарные частицы, которые сформировали протоны и нейтроны. В первые минуты образовались ядра легчайших элементов (водорода, гелия). Спустя примерно 380 000 лет Вселенная остыла настолько, что ядра и электроны смогли объединиться в нейтральные атомы, сделав пространство прозрачным для света (появилось реликтовое излучение). В дальнейшем гравитация собрала это вещество в звёзды, галактики и другие структуры, которые мы наблюдаем сегодня.